實(shí)驗(yàn)室鋼絲扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的影響因素研究

李 楊，和 聲，李桂芹

(河南省煤炭科學(xué)研究院有限公司，河南 鄭州 450001)

礦用鋼絲繩從鋼絲繩廠里發(fā)貨到礦上使用必須經(jīng)過嚴(yán)格的檢驗(yàn)，分為驗(yàn)收檢驗(yàn)和懸掛前試驗(yàn)。檢驗(yàn)的目的是為了確保鋼絲繩是否合格，是否適合礦用的標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格禁止不合格的鋼絲繩進(jìn)入礦用區(qū)域，礦用鋼絲繩的檢驗(yàn)要符合 MT/T 716—2019《煤礦重要用途鋼絲繩驗(yàn)收技術(shù)條件》[1]的規(guī)定。新的鋼絲繩運(yùn)抵礦區(qū)，礦區(qū)安全責(zé)任人員應(yīng)該委托具備資質(zhì)的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)、質(zhì)監(jiān)部門按照礦用鋼絲繩標(biāo)準(zhǔn)對鋼絲繩的外觀，捻制特征，鋼絲的力學(xué)性能進(jìn)行驗(yàn)收或懸掛前檢驗(yàn)。

煤礦重要鋼絲繩的檢驗(yàn)必須嚴(yán)格執(zhí)行MT/T 716—2019《煤礦重要用途鋼絲繩驗(yàn)收技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)。其中，拆股鋼絲試驗(yàn)項(xiàng)目有：①鋼絲直徑的測量；②拉力試驗(yàn)；③反復(fù)彎曲試驗(yàn)；④扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)。在拆股鋼絲試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，除鋼絲表面有明顯缺陷的，扭轉(zhuǎn)次數(shù)大概率達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)值外；還有樣品扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中(實(shí)際扭轉(zhuǎn)次數(shù)值)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)值，導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)項(xiàng)目不合的情況，特別是扭力對扭轉(zhuǎn)次數(shù)的影響。為此，將送檢樣品鋼絲扭轉(zhuǎn)次數(shù)應(yīng)達(dá)到而實(shí)際達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)值的幾種情況做以下分析。

1 樣品存放不當(dāng)對鋼絲扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的影響

送檢樣品因存放環(huán)境惡劣，造成鋼絲表面出現(xiàn)明顯黑點(diǎn)或黃色銹斑。鋼絲繩在存放過程中，由于長時(shí)間受到日曬風(fēng)化或濕氣、雨雪的侵蝕破壞，導(dǎo)致鋼絲繩的鋼絲金屬表面受周轉(zhuǎn)介質(zhì)化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的破壞現(xiàn)象，即為鋼絲繩的銹蝕。在日常實(shí)驗(yàn)室檢測檢驗(yàn)中，經(jīng)常會(huì)碰到送檢樣品表面有銹。一種情況為當(dāng)鋼絲表面略微變色，失去光澤但基本不損失機(jī)械性能，這種輕微銹蝕是不影響其試驗(yàn)項(xiàng)目，也不會(huì)影響檢測檢驗(yàn)中鋼絲的實(shí)際扭轉(zhuǎn)次數(shù)的。另一種情況是鋼絲表面明顯變色，不均勻分布的黑點(diǎn)或是黃色的銹斑，這樣的明顯銹蝕使使金屬斷面積減少，機(jī)械性能因銹蝕也隨之下降，在拆股扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)過程中，就影響了其扭轉(zhuǎn)值達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。

(1)實(shí)例1。收到樣品(圖1)為繩徑φ28 mm、結(jié)構(gòu)6×36WS的鋼絲繩，拆股后發(fā)現(xiàn)外層φ1.80 mm絲徑有明顯黑點(diǎn)，矯直后按100d+扭轉(zhuǎn)鉗口距離備扭轉(zhuǎn)試樣，試驗(yàn)后其扭轉(zhuǎn)值分別為18、19、22、16、15、20、16、17、19次，均達(dá)不到最小扭轉(zhuǎn)值要求，不合格扭轉(zhuǎn)鋼絲數(shù)占試驗(yàn)鋼絲數(shù)的27%，不滿足MT/T 716—2019《煤礦重要用途鋼絲繩驗(yàn)收技術(shù)條件》拆股鋼絲試驗(yàn)合格條件中不合格扭轉(zhuǎn)、彎曲值的鋼絲數(shù)之和不得大于5%的要求，該樣品不合格。

圖1 拆股后鋼絲表面黑點(diǎn)以及鋼絲矯直后表面黑點(diǎn)Fig.1 Black spots on the surface of the steel wire after strand stripping and the surface of the steel wire after straightening

(2)實(shí)例2。收到樣品(圖2)為繩徑φ20 mm、結(jié)構(gòu)6×19S的鋼絲繩，其表面就有銹，拆股后內(nèi)層φ0.90 mm；外層φ1.65 mm的鋼絲都有明顯銹蝕。拆股中發(fā)現(xiàn)其繩芯無油并且發(fā)黃有銹，矯直后按100d+扭轉(zhuǎn)鉗口距離備扭轉(zhuǎn)試樣。扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)φ0.90 mm及φ1.65 mm的鋼絲扭轉(zhuǎn)值均為20次以下，實(shí)際檢測值達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)值要求，不合扭轉(zhuǎn)鋼絲數(shù)占試驗(yàn)鋼絲數(shù)的100%，根據(jù)MT/T 716—2019《煤礦重要用途鋼絲繩驗(yàn)收技術(shù)條件》拆股鋼絲試驗(yàn)考核判定為不合格鋼絲繩。由此看來，鋼絲繩的銹蝕會(huì)導(dǎo)致鋼絲扭轉(zhuǎn)值的明顯下降，從而導(dǎo)致由于鋼絲扭轉(zhuǎn)項(xiàng)目不合格，造成判定整根鋼絲繩的不合格。

為了預(yù)防此現(xiàn)象的發(fā)生，鋼絲繩的存放處需干燥通風(fēng)，避免露天存放，并且及時(shí)做好涂油的防護(hù)措施。為了避免鋼絲繩生銹，也應(yīng)盡量減少鋼絲繩的存放時(shí)間，盡早送檢即時(shí)使用。

圖2 拆股鋼絲矯直后銹蝕部分Fig.2 Rusted part after split-strand straightening

2 拆股后樣品表面?zhèn)蹖εまD(zhuǎn)試驗(yàn)的影響

鋼絲表面缺陷顯著影響鋼絲的扭轉(zhuǎn)性能。送檢樣品鋼絲表面有明顯傷痕(圖3)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)后其扭轉(zhuǎn)數(shù)值達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)值。所以，在試驗(yàn)前一定對拆股鋼絲的外觀應(yīng)充分檢查，如果有明顯缺陷或傷痕應(yīng)及時(shí)與客戶溝通說明情況。

圖3 拆股鋼絲矯直后傷痕部分Fig.3 Scar part after split-strand straightening

3 樣品制作中出現(xiàn)缺陷對扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的影響

拆股鋼絲中個(gè)別鋼絲存在著硫化物夾雜；或是焊點(diǎn)接頭處會(huì)導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)不合。鋼中的夾雜，即一些微小的非金屬顆粒如硫化物，氮化物，氧化物夾雜于鋼中?；瘜W(xué)成分的超標(biāo)以及夾雜過多對鋼絲的試驗(yàn)都有影響。在標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20118—2017[2]的8.3鋼絲接頭：鋼絲繩中鋼絲接頭應(yīng)盡量減少。

4 樣品錯(cuò)檢對扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的影響

錯(cuò)將已懸掛的鋼絲繩送樣檢測。因鋼絲繩的力在懸掛后本身同時(shí)承載了不同應(yīng)力的變化，有內(nèi)在應(yīng)力也有外加應(yīng)力。使用后其鋼絲繩的機(jī)械性能有所改變，導(dǎo)致鋼絲拆股試驗(yàn)中扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)項(xiàng)目不合格。所以送檢時(shí)，確認(rèn)樣品的檢驗(yàn)類別再進(jìn)行送檢，就可以避免樣品錯(cuò)檢而導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)不合格。

5 扭力對扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的影響

在扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的操作過程中檢驗(yàn)員對夾頭螺母扭力的大小，在鋼絲直徑1.00 mm以下的試驗(yàn)過程中影響尤為明顯。以2種絲徑3種不同方式的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

5.1 φ20 mm、結(jié)構(gòu)為6×19S的鋼絲繩繩樣

選取φ20 mm、結(jié)構(gòu)為6×19S的鋼絲繩繩樣，將繩樣拆下3股并將其內(nèi)層絲徑為φ0.92 mm的分別標(biāo)記，每一股的同一絲都按單向扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)要求截取了3段試樣，然后按照GB/T 239.1—2012[3]中試樣繞自身軸線向1個(gè)方向均勻旋轉(zhuǎn)360°作為1次扭轉(zhuǎn)至規(guī)定次數(shù)或試樣斷裂進(jìn)行單向扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)。

(1)可轉(zhuǎn)動(dòng)夾頭扭力遠(yuǎn)大于固定夾頭扭力的情況?？赊D(zhuǎn)動(dòng)夾頭扭力實(shí)際值17.44～24.95 N·m，固定夾頭扭力實(shí)際值2.86～6.69 N·m，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 試驗(yàn)結(jié)果ⅠTab.1 Test results Ⅰ

以上27次扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中，試樣試驗(yàn)結(jié)束斷裂在中間位置13次，占比48%；試樣斷裂在固定夾頭鉗口5次，占比18%；扭轉(zhuǎn)次數(shù)大于等于40次的有15次，占比56%；試驗(yàn)過程中未出現(xiàn)試樣打滑的現(xiàn)象。

27次扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)果全部符合MT/T 716—2019中4.3.5扭轉(zhuǎn)表7中1 670 MPa、φ0.92 mm鋼絲最小扭轉(zhuǎn)次數(shù)。

(2)固定夾頭扭力遠(yuǎn)大于可轉(zhuǎn)動(dòng)夾頭扭力的情況?？赊D(zhuǎn)動(dòng)夾頭扭力實(shí)際值4.35～7.07 N·m固定夾頭扭力實(shí)際值20.40～23.39 N·m。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 試驗(yàn)結(jié)果ⅡTab.2 Test results Ⅱ

以上27次扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中，試樣試驗(yàn)結(jié)束斷裂在中間位置9次，占比33%；試樣斷裂在固定夾頭鉗口14次，占比52%；扭轉(zhuǎn)次數(shù)大于等于40次的有7次，占比26%；試驗(yàn)過程中，出現(xiàn)2次主動(dòng)夾頭打滑現(xiàn)象。

27次扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中，有8次共4絲不符合MT/T 716—2019中4.3.5扭轉(zhuǎn)表7中1 670 MPa、φ0.92 mm鋼絲最小扭轉(zhuǎn)次數(shù)。不符合次數(shù)占比總試驗(yàn)次數(shù)的30%，9絲鋼絲中不合格鋼絲數(shù)比為44%。

(3)可轉(zhuǎn)動(dòng)夾頭扭力與固定夾頭扭力基本均等的情況?？赊D(zhuǎn)動(dòng)夾頭扭力實(shí)際值7.38～23.29 N·m，固定夾頭扭力實(shí)際值7.34～23.30 N·m，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 試驗(yàn)結(jié)果ⅢTab.3 Test results Ⅲ

以上27次扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中，試樣試驗(yàn)結(jié)束斷裂在中間位置12次，占比44%；試樣斷裂在固定夾頭鉗口10次，占比37%；扭轉(zhuǎn)次數(shù)大于等于40次的有5次(且5次全部都出現(xiàn)于最后3組，兩邊扭力都小8.8的扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中)占比56%；試驗(yàn)過程中，出現(xiàn)2次試樣打滑現(xiàn)象。

9組試驗(yàn)結(jié)果有10次共8絲不符合MT/T 716—2019中4.3.5扭轉(zhuǎn)表7中1 670 MPa、φ0.92 mm鋼絲最小扭轉(zhuǎn)次數(shù)。不符合次數(shù)占比試驗(yàn)次數(shù)的37%，9絲鋼絲中不合格鋼絲數(shù)比為8/9，即89%。

試驗(yàn)中大于20 N·m是做試驗(yàn)的最大扭力，當(dāng)可轉(zhuǎn)動(dòng)夾頭與固定夾頭施加扭力為試驗(yàn)員最大扭力時(shí)，φ0.92 mm絲徑的實(shí)際扭轉(zhuǎn)次數(shù)為28～40次，有且只有1次的扭轉(zhuǎn)次數(shù)為40次。在實(shí)際扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)操作過程中，檢測人員對可轉(zhuǎn)動(dòng)夾頭和固定夾頭施加的扭力都會(huì)因人而異。尤其當(dāng)檢測員為男性時(shí)操作中扭力最大力可能會(huì)更大，這樣對φ0.92 mm的鋼絲扭轉(zhuǎn)次數(shù)就會(huì)造成更大的影響。

通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)鋼絲斷在鉗口內(nèi)的，扭轉(zhuǎn)次數(shù)普遍偏低；鋼絲斷在中間位置的扭轉(zhuǎn)次數(shù)最接近實(shí)際次數(shù)且最為合理。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出， 可轉(zhuǎn)動(dòng)夾頭扭力遠(yuǎn)大于固定夾頭扭力以及可轉(zhuǎn)動(dòng)夾頭扭力與固定夾頭扭力基本均等扭力為7.31～8.73 N·m的情況下，φ0.92 mm鋼絲斷在中間位置的概率較高。

5.2 φ22 mm、結(jié)構(gòu)為6×31WS的鋼絲繩繩樣

選取繩徑為φ22 mm、結(jié)構(gòu)為6×31WS的鋼絲繩繩樣。將繩樣拆下3股并將其內(nèi)層絲徑為φ0.85 mm的絲徑分別標(biāo)記，每一股的同一絲都按單向扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)要求截取了4段試樣，然后分別按照GB/T 239.1—2012中試樣繞自身軸線向一個(gè)方向均勻旋轉(zhuǎn)360°作為一次扭轉(zhuǎn)至規(guī)定次數(shù)或試樣斷裂進(jìn)行單向扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)。

(1)可轉(zhuǎn)動(dòng)夾頭扭力遠(yuǎn)大于固定夾頭扭力的情況?？赊D(zhuǎn)動(dòng)夾頭扭力實(shí)際值21.41～23.77 N·m，固定夾頭扭力實(shí)際值3.72～4.06 N·m，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

以上24次扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中，試樣試驗(yàn)結(jié)束斷裂在中間位置4次，占比16.7%；試樣斷裂在固定夾頭鉗口16次，占比66.7%；扭轉(zhuǎn)次數(shù)大于等于40次的有6次，占比24%；試驗(yàn)過程中，出現(xiàn)3次試樣打滑現(xiàn)象。

6組試驗(yàn)結(jié)果有5次共4絲不符合MT/T 716—2019中4.3.5扭轉(zhuǎn)表7中1 670 MPa、φ0.85 mm鋼絲最小扭轉(zhuǎn)次數(shù)。不符合次數(shù)5次占比試驗(yàn)次數(shù)為20.8%，4絲鋼絲中不合格鋼絲數(shù)比為4/6，即66.7%。

(2)固定夾頭扭力遠(yuǎn)大于可轉(zhuǎn)動(dòng)夾頭扭力的情況?？赊D(zhuǎn)動(dòng)夾頭扭力實(shí)際值為2.94～4.98 N·m，固定夾頭扭力實(shí)際值為20.68～24.69 N·m，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

以上24次扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中，試樣試驗(yàn)結(jié)束斷裂在中間位置1次，占比4.2%；斷裂在固定夾頭鉗口19次，占比79.2%；扭轉(zhuǎn)次數(shù)大于等于40次的有8次，占比33.3%；試驗(yàn)過程中，出現(xiàn)3次試樣打滑現(xiàn)象。

表4 試驗(yàn)結(jié)果ⅣTab.4 Test results Ⅳ

表5 試驗(yàn)結(jié)果ⅤTab.5 Test results Ⅴ

6組試驗(yàn)結(jié)果有1次共1絲不符合MT/T 716—2019中4.3.5扭轉(zhuǎn)表7中1 670 MPa、φ0.85 mm鋼絲最小扭轉(zhuǎn)次數(shù)。不符合次數(shù)1次占比試驗(yàn)次數(shù)為4.2%，1絲鋼絲中不合格鋼絲數(shù)比為1/6，即16.7%。

(3)可轉(zhuǎn)動(dòng)夾頭扭力與固定夾頭扭力基本均等的情況?？赊D(zhuǎn)動(dòng)夾頭扭力實(shí)際值7.37～23.02 N·m，固定夾頭扭力實(shí)際值為7.24～23.25 N·m，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 試驗(yàn)結(jié)果ⅥTab.6 Test results Ⅵ

以上24次扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中，試樣試驗(yàn)結(jié)束斷裂在中間位置8次，占比33.3%；試樣斷裂在固定夾頭鉗口13次，占比54.2%；扭轉(zhuǎn)次數(shù)大于等于40次的有8次，占比33.3%(前4組兩端夾頭為檢驗(yàn)員最大扭力，僅有2次在第4組試驗(yàn)中出現(xiàn)；剩余6次都在夾頭扭力為7 N·m左右的第5、6組出現(xiàn))；試驗(yàn)過程中，未出現(xiàn)試樣打滑現(xiàn)象。

6組試驗(yàn)結(jié)果有8次共4絲不符合MT/T 716—2019中4.3.5扭轉(zhuǎn)表7中1 670 MPa、φ0.85 mm鋼絲最小扭轉(zhuǎn)次數(shù)。不合次數(shù)8次占比試驗(yàn)次數(shù)為33.3%，4絲鋼絲中不合格鋼絲數(shù)比為4/6，即66.7%。

通過以上試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，φ0.85 mm的鋼絲斷裂情況多發(fā)生在固定夾頭鉗口。可轉(zhuǎn)動(dòng)夾頭扭力與固定夾頭扭力基本均等且扭力為7.24～7.77 N·m的情況下直徑為φ0.85 mm鋼絲斷在中間位置的概率較高。通過以上2種絲徑3種方式的扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出，在針對φ1.00 mm以下的細(xì)絲徑鋼絲，扭力為7.31～8.73 N·m的情況下，φ0.92 mm鋼絲斷在中間位置的概率較高；扭力為7.24～8.73 N·m的情況下，直徑為φ0.85 mm鋼絲斷在中間位置的概率較高。在扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中，當(dāng)鋼絲斷裂位置為中間位置時(shí)實(shí)際檢驗(yàn)的扭轉(zhuǎn)值更為真實(shí)準(zhǔn)確。

通過試驗(yàn)得出扭力是影響扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的因素之一。在檢測過程中不同的檢測員操作同一臺(tái)扭轉(zhuǎn)機(jī)做同一種試驗(yàn)，操作時(shí)不同的扭力會(huì)直接影響扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的比對結(jié)果。為避免扭力對扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)所帶來的影響在扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中可正確使用數(shù)顯扭力從而避免扭力過大或者扭力不均衡的情況發(fā)生。

6 結(jié)論

本文通過送樣檢測實(shí)例扭轉(zhuǎn)次數(shù)數(shù)據(jù)的分析，檢測試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題以及不同扭力的比對試驗(yàn)進(jìn)行了分析，得出實(shí)驗(yàn)室拆股鋼絲的扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中影響扭轉(zhuǎn)次數(shù)的因素的結(jié)論。今后在對鋼絲繩送檢樣品的拆股中應(yīng)嚴(yán)謹(jǐn)仔細(xì)對鋼絲外觀進(jìn)行檢查評估，在進(jìn)行扭轉(zhuǎn)性能試驗(yàn)時(shí)也應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范操作試驗(yàn)，應(yīng)合理利用數(shù)顯扭力來避免人為因素對扭轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)造成的影響，從而體現(xiàn)檢測檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性，科學(xué)性以及客觀性。